機遇與挑戰：

• 石英晶體/振蕩器穩定成長
• 小尺寸成最佳市場基石
• 網絡/儲存設備強力成長

市場數據：

• 石英晶體/振蕩器的需求每年4～10%穩定增加
• 計時組件市場在2008年市場規模達18億美元

石英晶體/振蕩器穩定成長

2008年是第一個晶體振蕩器誕生的90周年。因為其高Q值、無可取代的頻率溫度穩定性
、低成本、技術成熟性及廣泛的商業取得性，石英晶體持續成為在日益擴展的數字世界中，提供穩定頻率來源的最佳選擇
，通常也是唯一選擇。

因為有線及無線市場的快速成長，石英晶體及其高頻所需的表麵聲波(SAW)裝置已受到廣泛運用，範圍從電子玩具所使用的簡單被動石英晶體，到最精密電信網絡骨幹頻率所使用的複雜同步計時模塊(STM)(表1)。如前篇文章所述，從2000～2001年的「.COM」市場瓦解之後，對於石英晶體及石英振蕩器的需求，以每年4～10%之間穩定增加。而頻率控製產品的產業大環境，也經曆巨大的變化。


小尺寸成最佳市場基石

娛樂
、遊戲及可攜式電子產品在過去幾年的巨幅成長，將小型石英晶體及晶體振蕩器的需求帶向一個空前的層級。目前已能大量供應小至2毫米×1.6毫米的AT切割石英晶體(圖1)，而金屬管封裝32.768kHz的膠模石英音叉亦已供貨多年，但這在幾年前仍難以想象。近年來
，使用傳統AT切割晶體封裝方法的石英音叉亦能以極小的尺寸供貨4.1毫米×1.5毫米、3.2毫米×1.5毫米及2毫米×1.2毫米(圖2)。目前主要的目標是將這類石英音叉的厚度推向0.4毫米或更薄，以供輕薄型產品使用。預計在幾年後
，即會出現需要更小尺寸石英晶體(1.6毫米×1毫米及1毫米×0.8毫米)的應用，而石英晶體製造商正對此進行因應準備。 體積小於5毫米×3.2毫米的石英晶體
，通常須要密封在真空中
，以維持正確的阻抗值。低MHz的小型石英晶體芯片亦須要製成圓邊(Beveling)，以維持有效的能陷(Energy Trapping)。數家晶體振蕩器供貨商已開始采用光微影製程，以處理小尺寸的石英晶體及低MHz頻pin率lv石shi英ying晶jing體ti。這zhe對dui於yu單dan純chun仰yang賴lai傳chuan統tong研yan磨mo法fa製zhi造zao石shi英ying晶jing體ti的de廠chang商shang來lai說shuo
，將jiang是shi發fa展zhan小xiao型xing石shi英ying晶jing體ti產chan品pin時shi，最zui主zhu要yao的de技ji術shu鴻hong溝gou。另ling外wai，在zai石shi英ying晶jing體ti電dian鍍du、黏晶及封裝過程中的技術性難題
，也將是處理小型石英晶體芯片的挑戰。

在晶體振蕩器方麵
，目前受到廣泛應用的是2.5毫米×2毫米互補式金屬氧化層半導體(CMOS)固定頻率晶體振蕩器(圖3)

，並已開始供應更小的2毫米×1.6毫米版本。2.5伏特供應電壓是目前通用的規格，但1.8伏特或更低供應電壓的市場也在開始興起當中。

上列晶體振蕩器的可程序化版本(PCXO)則是以7毫米×5毫米、5毫米×3.2毫米及3.2毫米×2毫米等封裝規格出現。這些振蕩器具有鎖相回路(PLL)程序，可依據單一低頻率石英晶體(例如25MHz)，在工作頻率範圍內(例如2M～200MHz)設定為任何需要的頻率。這些振蕩器對於設計師極具吸引力，因為它們可以快速設定成開發用途所需要的頻率，但PLL式振蕩器同時亦具有較高訊號抖動的先天缺點。另外，具有差動LVPECL/LVDS輸出的晶體振蕩器亦以14毫米×9毫米、7毫米×5毫米及5毫米×3.2毫米等封裝出現。上述石英晶體
、晶體振蕩器及可程序化晶體振蕩器的頻率對溫度穩定性，依操作的溫度範圍不同，通常指定頻偏值須低於±100
、50及25ppm。至今，AT切割石英晶體是唯一已知能提供這種穩定性
，而不需要任何補償的共振組件。

TCXO的推出，在於能提供更佳的頻率穩定性。AT切割石英晶體具有三次方的頻率溫度穩定性

，而TCXO振蕩器電路則具有電壓頻率調變功能
，能夠以模擬或數字方式，將三次方頻率溫度以極佳的頻率對溫度變更率，補償至溫度對sub-10ppm的程度(圖4)。對於現今的手機應用來說，通常需要頻率穩定性優於±2.5ppm的TCXO，以提供精準的參考頻率進行頻率合成；而在全球衛星定位係統(GPS)設備部分
，需要的是優於±0.5ppm的TCXO。目前最小的TCXO其體積僅有2毫米×1.6毫米(圖5)。

整體而言，在過去10年中
，石英晶體及晶體振蕩器製造商已完成以前所想象不到的成就
，將石英晶體、XO
、PCXO
、VCXO和TCXO的(de)尺(chi)寸(cun)縮(suo)小(xiao)到(dao)終(zhong)端(duan)產(chan)品(pin)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)程(cheng)度(du)。最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，沒(mei)有(you)犧(xi)牲(sheng)效(xiao)能(neng)及(ji)成(cheng)本(ben)。現(xian)在(zai)每(mei)年(nian)已(yi)有(you)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)組(zu)件(jian)上(shang)市(shi)，而(er)成(cheng)熟(shu)產(chan)品(pin)的(de)平(ping)均(jun)銷(xiao)售(shou)價(jia)格(ge)也(ye)持(chi)續(xu)在(zai)下(xia)降(jiang)中(zhong)。

網絡/儲存設備強力成長

多年來

，固定頻率石英振蕩器市場主要需要的是CMOS輸出(單端)及低於70MHz的產品
，低於70 MHz三san倍bei頻pin波bo石shi英ying晶jing體ti被bei認ren為wei較jiao容rong易yi製zhi作zuo。過guo去qu廠chang商shang主zhu要yao的de目mu標biao是shi在zai降jiang低di晶jing體ti振zhen蕩dang器qi的de尺chi寸cun
，以yi及ji降jiang低di其qi供gong應ying電dian壓ya。網wang絡luo及ji儲chu存cun設she備bei市shi場chang近jin年nian來lai的de強qiang力li成cheng長chang
，也ye大da幅fu提ti升sheng差cha動dong輸shu出chu最zui高gao至zhi160MHz (LVPECL及LVDS)振蕩器的需求
，而目前許多供貨商皆已提供采用7毫米×5毫米及5毫米×3.2毫米平台的產品。

目前主要有三個采用不同執行方式的解決方案：第一類方案包括將HFF(高頻基本波模式)石英晶體、三倍頻(OT)石英晶體，或是基本SAW共振器與傳統反饋回路振蕩器IC搭配
；第二類使用低頻石英晶體(20M～35MHz)與簡單整數PLL IC搭配；第三類包括將三倍頻石英晶體與較高等級的PLL IC
，例如三倍頻石英晶體與AFM(模擬倍頻器
，例如×2)IC、三倍頻與全程序化DSPLL振蕩器IC等搭配。

上述解決方案部分能提供低於1ps rms相位訊號抖動(12k～20MHz)，而除了SAW解決方案外，以上各者皆具備一般AT切割石英晶體的三次方頻率溫度屬性
，以及提供±100、50及25ppm方案。現在已有部分供貨商能提供具有二次方頻率溫度屬性的固定頻率SAW振蕩器。在<160MHz的晶體振蕩器市場需求增加時，平均銷售價格就會下降。預期在不久的未來，隻有來自第一類的三倍頻石英晶體及SAW共振器解決方案將持續具有競爭能力，但大於160MHz晶體振蕩器市場仍會持續進展。若大於160MHz市場現在就出現，第一類的HFF及三倍頻石英晶體解決方案就會因為石英晶體的生產成本過高而無法競爭。

振蕩器IC競爭加劇

在過去，隻有少數美國、歐洲及日本晶體振蕩器供貨商能取得專屬的振蕩器IC，因此主宰了頻率控製產品的市場。其它公司隻能參與低階CMOS振蕩器產業，或停留在製造石英晶體的階段。而現在，已有為數不少的IC供貨商投入，包括NPC
、 JRC
、Interchip、IDT、Phaselink、AKM、Panasonic

、MAS
、Glacier
、KME、 百力達(Pericom)、Silicon Clocks以及EM Microelectronics等，為許多低至中階XO、PCXO、VCXO及TCXO提供振蕩器IC晶粒。這些IC供貨商願意與石英振蕩器供貨商合作，為不同的應用提供產品或發展更小及更薄的高性能振蕩器IC晶粒。更多的石英振蕩器供貨商
，特別是來自台灣、中國及韓國的公司，已能在更多頻率控製產品市場中競爭。

計時產品業者提供晶體振蕩器

如前所述，2008年的石英晶體及晶體振蕩器總市場已達41億美元。這市場的投入者通常被歸類為「石英振蕩器供貨商」，有些亦提供某些以SAW為基礎的產品
，如濾波器、共振器及振蕩器。但這41億美元之市場規模並不包括諸如EPCOS等隻製造SAW產品、但不製造晶體產品的供貨商的收益。尚有另一類供貨商團隊，提供頻率緩衝器、頻率產生器
、頻率分配器等產品。這些投入者通常被歸類為「計時組件供貨商」。

計時組件市場在2008年市場規模達18億(yi)美(mei)元(yuan)。在(zai)大(da)部(bu)分(fen)情(qing)況(kuang)，使(shi)用(yong)者(zhe)仍(reng)須(xu)要(yao)向(xiang)石(shi)英(ying)振(zhen)蕩(dang)器(qi)供(gong)貨(huo)商(shang)購(gou)買(mai)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)或(huo)石(shi)英(ying)振(zhen)蕩(dang)器(qi)，以(yi)便(bian)與(yu)他(ta)們(men)所(suo)購(gou)買(mai)的(de)計(ji)時(shi)組(zu)件(jian)搭(da)配(pei)。過(guo)去(qu)，石(shi)英(ying)振(zhen)蕩(dang)器(qi)供(gong)貨(huo)商(shang)及(ji)計(ji)時(shi)組(zu)件(jian)供(gong)貨(huo)商(shang)僅(jin)支(zhi)持(chi)他(ta)們(men)自(zi)己(ji)的(de)客(ke)戶(hu)
，鮮(xian)少(shao)跨(kua)界(jie)供(gong)貨(huo)

，但(dan)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)在(zai)2004年開始有所改變。IDT(當時為ICS)成為第一家提供7毫米×5毫米 PLL式晶體振蕩器(內含石英晶體)的計時組件供貨商。之後，便有部分IC公司如芯科實驗室(Silicon Labs)、Maxim
、安森美半導體(ON Semiconductor)等開始為網絡及儲存設備市場提供7毫米×5毫米及5毫米×3.2毫米 XO/VCXO，以及為高階電信網絡市場供貨(圖6)。


zhexiechanpinzhengmianyingzhanyijingzaishichangshangyouyidingguimodeshiyingzhendangqi，eryijiameiguodejishichanpingonghuoshangshenzhijiyougoubingshujiayazhoudeshiyingzhendangqigonghuoshang，yiqianghuazijideshiyingjingtichanpinxian。yejiezhongpubiancunyouyizhongxiangfa：「隻要能分得10%石英晶體和石英振蕩器的市場就已經足夠。」對於計時組件供貨商的爭相投入(或某些人認為是入侵)，shiyingzhendangqigonghuoshangdeyinyingcelvegeyoubutong。jiumouyifangmianlaishuo
，tazhengmingshiyingzhendangqishichangfeichangyouqianli，yinweinengxiyingengduochangshangtouru。erjiulingyifangmianeryan，yehuizaochengpingjunxiaoshoujiagexiajiang。

藉由電路設計提升振蕩器性能

多年以前，TCXO成為第一種使用補償網絡配合振蕩器電路，達到sub-10ppm溫度穩定性的石英振蕩器。PCXO後來則藉由使用分數-N型PLL電dian路lu，而er成cheng為wei成cheng功gong的de產chan品pin。上shang述shu是shi透tou過guo電dian路lu改gai善shan石shi英ying振zhen蕩dang器qi性xing能neng的de實shi例li。而er近jin期qi以yi來lai，某mou些xie石shi英ying振zhen蕩dang器qi供gong貨huo商shang已yi開kai始shi提ti供gong更geng佳jia頻pin偏pian特te性xing的deXO(相較廣工作溫度範圍具有低於±15ppm的「中階」溫度補償，以及密封後調整的數組電容值，以在室溫下達成更佳的頻率誤差範圍。)

如前所述，第一個具有低於1ps rms相位抖動(12k～20MHz)的PLL式晶體振蕩器出現在2004年。第一個完全可程序化的DSPLL式XO/VCXO則在1年後出現。這些產品有部分已開始挑戰來自現有電信網絡業所采用石英振蕩器供貨商的VCSO和HFF式VCXO。

上shang述shu的de溫wen度du補bu償chang及ji可ke程cheng序xu架jia構gou
，在zai前qian篇pian文wen章zhang所suo討tao論lun的de全quan矽gui微wei機ji電dian係xi統tong振zhen蕩dang器qi及ji全quan矽gui振zhen蕩dang器qi的de近jin期qi發fa展zhan中zhong
，扮ban演yan關guan鍵jian性xing的de角jiao色se。在zai過guo去qu幾ji年nian中zhong發fa展zhan的de振zhen蕩dang器qi電dian路lu改gai善shan情qing況kuang，未wei來lai還hai會hui持chi續xu下xia去qu。相xiang信xin對dui石shi英ying晶jing體ti及ji石shi英ying振zhen蕩dang器qi產chan業ye未wei來lai的de影ying響xiang，將jiang不bu會hui隻zhi來lai自zi共gong振zhen組zu件jian(微機電係統共振器、FBAR

、RLC、陶瓷共振器等)的變體，也會來自振蕩器電路的改善。

電信網絡市場緩慢複蘇

許多美國及歐洲晶體振蕩器供貨商在「.COM」市場瓦解的短短兩年內


，遭受50～80%的收益損失，因為他們的商業策略主要是以中階或高階 石英晶體以及石英振蕩器(HFF
、XO
、VCXO/ VCSO、TCXO
、OCXO和計時模塊)weidianxindachangtigongfuwu
，danmouxiegonghuoshangzaijingqidimishiqiyixiaoshi。dianxinwangluoyesuocaiyongdeshiyingjingtijishiyingzhendangqishichangyixianshifusudejixiang，danshuiyebuganquedingshichangheshicainenghuidaozhishao1999年nian時shi的de水shui平ping。同tong時shi，更geng多duo市shi場chang中zhong倍bei數shu成cheng長chang之zhi晶jing體ti振zhen蕩dang器qi供gong貨huo商shang
，正zheng投tou資zi開kai發fa中zhong至zhi高gao階jie石shi英ying晶jing體ti及ji石shi英ying振zhen蕩dang器qi，以yi為wei電dian信xin網wang絡luo市shi場chang的de回hui春chun做zuo準zhun備bei。在zai景jing氣qi低di迷mi時shi期qi受shou創chuang的de歐ou美mei供gong貨huo商shang應ying該gai很hen樂le見jian市shi場chang複fu蘇su，但dan他ta們men也ye會hui發fa現xian有you越yue來lai越yue多duo的de競jing爭zheng者zhe，以yi及ji電dian信xin網wang絡luo業ye客ke戶hu也ye會hui要yao求qiu更geng低di的de價jia格ge。

如前所述，即使現在已有小尺寸的32.768kHz石英音叉(4.1毫米×1.5毫米、3.2毫米×1.5毫米和2毫米×1.2毫米)
，但膠模封裝(含金屬管封裝石英音叉)的銷售情況仍相當好，因為許多客戶並不須要或不想付出額外的金錢以得到較小的組件。由於小尺寸石英晶體(5毫米×3.2毫米及更小)的市場規模持續攀升
，因此其更低廉及更大的版本的DIP型ATqiegeshiyingjingtizhipingjunxiaoshoujiageyehuichengchang。zhexieshiyingjingtizaizhongguodalujuyoufeichanggaodeshengchanliang，yinweizhongguodalushiyingjingtigonghuoshangkezaijingneiqudesuoyouweichulisucai(金屬基座、金屬蓋及石英晶體)。即使台灣的石英晶體供貨商具備相關技術，也無法在台灣藉由生產這些低廉的產品獲利。

石英晶體振蕩器產業機會與挑戰並存

zaishiyingjingtizhendangqimianshijijiangjiemanbainiandexianzai，qizaidianzichanpinzhongsuobanyandejiaoseriyizhongyao。budanmeiyouyinzhongduotiaozhanzhedechuxianeryousuodongyao
，faneryanshenglexuduoshiliaoweijidefazhanyubiange：不(bu)但(dan)體(ti)積(ji)變(bian)得(de)更(geng)小(xiao)更(geng)適(shi)合(he)現(xian)今(jin)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)要(yao)求(qiu)
，各(ge)項(xiang)效(xiao)能(neng)也(ye)同(tong)時(shi)提(ti)升(sheng)。當(dang)然(ran)
，就(jiu)在(zai)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)的(de)技(ji)術(shu)不(bu)斷(duan)向(xiang)前(qian)邁(mai)進(jin)的(de)同(tong)時(shi)
，矽(gui)陣(zhen)營(ying)也(ye)不(bu)會(hui)默(mo)不(bu)作(zuo)聲(sheng)
，同(tong)樣(yang)出(chu)現(xian)許(xu)多(duo)創(chuang)新(xin)的(de)技(ji)術(shu)與(yu)應(ying)用(yong)。因(yin)此(ci)，未(wei)來(lai)將(jiang)繼(ji)續(xu)探(tan)討(tao)石(shi)英(ying)與(yu)矽(gui)的(de)進(jin)階(jie)應(ying)用(yong)，並(bing)整(zheng)合(he)目(mu)前(qian)各(ge)界(jie)看(kan)法(fa)，推(tui)導(dao)出(chu)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)產(chan)業(ye)未(wei)來(lai)的(de)前(qian)景(jing)與(yu)挑(tiao)戰(zhan)。